Dispositivos de procesamiento: evolución, tipos, ejemplos
Los dispositivos de procesamiento informático son unidades que desempeñan un importante rol en las operaciones de proceso de una computadora. Se utilizan para procesar los datos, siguiendo las instrucciones de un programa.
El procesamiento es la función más importante de la computadora, porque en esta fase se realiza la transformación de datos en información útil, usando para ello muchos dispositivos de procesamiento de la computadora.
La función principal de los dispositivos de procesamiento es tener la responsabilidad de obtener información elocuente a partir de los datos que son transformados con la ayuda de varios de estos dispositivos.
El procesamiento de audio y video consiste en limpiar los datos de tal manera que sean más agradables para el oído y para la vista, haciendo que parezcan más realistas.
Por eso se puede ver mejor con algunas tarjetas de video que con otras, porque la tarjeta de video procesa los datos para mejorar el realismo. Igual sucede con las tarjetas de sonido y la calidad del audio.
Índice del artículo
- 1 Procesador
- 2 Evolución desde los primeros hasta la actualidad
- 3 Tipos
- 4 Ejemplos
- 4.1 – Unidad Central de Procesamiento (CPU)
- 4.2 – Tarjeta madre
- 4.3 – Chip
- 4.4 – Reloj
- 4.5 – Ranura de expansión
- 4.6 – Bus de datos
- 4.7 – Bus de control
- 4.8 – Tarjeta de video
- 4.9 – Unidad de procesamiento de gráficos (GPU)
- 4.10 – Tarjeta de interfaz de red (NIC)
- 4.11 – Tarjeta de red inalámbrica
- 4.12 – Tarjeta de sonido
- 4.13 – Controlador de almacenamiento masivo
- 5 Referencias
Siempre que a una computadora le llega información desde algún dispositivo de entrada, como el teclado, esta información debe recorrer un trayecto intermedio antes de poder destinarla a algún dispositivo de salida, como el monitor.
Un dispositivo de procesamiento viene a ser cualquier aparato o instrumento en la computadora que se encarga de manejar este trayecto intermedio. Operan funciones, realizan diferentes cálculos y también controlan otros dispositivos de hardware.
Los dispositivos de procesamiento hacen conversiones entre diferentes tipos de datos, además de manipular y realizar tareas con los datos.
Habitualmente, el término CPU corresponde a un procesador, y más concretamente a su unidad de cálculo y unidad de control, distinguiendo así estos elementos de los componentes externos de la computadora, como la memoria principal y los circuitos de entrada/salida.
El procesador funciona en estrecha coordinación con la memoria principal y los dispositivos de almacenamiento periféricos.
Podrán existir otros sistemas y periféricos que trabajen para ayudar a recopilar, almacenar y difundir los datos, pero las tareas de procesamiento son propias del procesador.
Las primeras computadoras, como la ENIAC, tenían que cablearse físicamente cada vez que se realizaba una tarea diferente.
En 1945, el matemático von Neumann distribuyó el bosquejo de una computadora con programa almacenado, llamada EDVAC, que finalmente se terminaría en 1949.
Los primeros dispositivos que podrían llamarse correctamente como CPU llegaron con el arribo de esta computadora con un programa almacenado.
Los programas creados para EDVAC estaban guardados en la memoria principal de la computadora, en lugar de tener que establecerlos a través del cableado de la computadora.
Por tanto, el programa que ejecutaba EDVAC se podía intercambiar con un simple cambio en el contenido de la memoria.
Las primeras CPU eran diseños únicos que se utilizaban dentro de un computador específico. Posteriormente, este método de diseñar las CPU de forma individualizada para una aplicación en particular permitió que se desarrollaran procesadores de múltiples tareas en grandes cantidades.
Se utilizaban comúnmente como dispositivos de conmutación. Una computadora necesitaba miles de estos dispositivos. Las computadoras de tubo como EDVAC tenían desperfectos como promedio cada ocho horas.
Al final, las CPU basadas en tubos se hicieron indispensables debido a que las ventajas que brindaban por tener una velocidad apreciable sobrepasaban el problema de su confiabilidad.
Estas CPU sincrónicas iniciales funcionaban a una velocidad pequeña de reloj si se confrontan con los diseños microelectrónicos actuales, en gran parte debido a la poca rapidez de los elementos de conmutación utilizados en su fabricación.
Durante las décadas de 1950 y 1960 ya no hubo que seguir fabricando las CPU tomando como base dispositivos de conmutación tan grandes y que fallaban tanto, además de quebradizos, como los relés y tubos de vacío.
En la medida que diferentes tecnologías hicieron posible que se pudieran fabricar dispositivos electrónicos más pequeños y confiables, también se incrementó la complejidad en el diseño de la CPU. La primera mejora de este tipo se logró con la llegada del transistor.
Con este adelanto se pudieron realizar CPUs de mayor complejidad y que fallaran mucho menos en una o varias placas de circuitos. Las computadoras que se basaban en transistores ofrecían una serie de mejoras sobre las anteriores.
Además de ofrecer un menor consumo eléctrico y ser mucho más confiables, los transistores hacían posible que los procesadores trabajaran con mayor rapidez, gracias al tiempo de conmutación tan bajo que tenía un transistor con respecto a un tubo al vacío.
El transistor MOS fue inventado por Bell Labs en 1959. Tiene alta escalabilidad, además de gastar mucha menos electricidad y ser mucho más condensado que los transistores de unión bipolar. Esto permitió construir circuitos integrados de alta densidad.
Así se desarrolló un método para fabricar muchos transistores interconectados en un área compacta. El circuito integrado permitía que se fabricara una cantidad numerosa de transistores en un molde único o “chip” basado en semiconductores.
La estandarización comenzó en la etapa de las macrocomputadoras y minicomputadoras de transistores y se aceleró vertiginosamente con la difusión extensa del circuito integrado, permitiendo diseñar y fabricar CPUs cada vez más complejas.
En la medida que la tecnología microelectrónica progresaba, se podía colocar una cantidad mayor de transistores en los circuitos integrados, reduciendo así el número de circuitos integrados requeridos para completar una CPU.
Los circuitos integrados aumentaban la cantidad de transistores a cientos y posteriormente a miles. Para 1968, la cantidad de circuitos integrados necesarios para construir una CPU completa se había reducido a 24, cada uno conteniendo unos 1.000 transistores MOS.
Antes de la llegada del microprocesador actual, las computadoras utilizaban circuitos integrados múltiples cada vez más pequeños que estaban diseminados por toda la placa de circuito.
La CPU tal como se conoce actualmente fue desarrollada por primera vez en 1971 por Intel, para que funcionara dentro de la estructura de las computadoras personales.
Este primer microprocesador fue el procesador de 4 bits llamado Intel 4004. Ha sido reemplazado posteriormente por diseños más nuevos con arquitecturas de 8 bits, 16 bits, 32 bits y 64 bits.
El microprocesador es un chip de circuito integrado hecho de material semiconductor de silicio, con millones de componentes eléctricos en su espacio.
Finalmente se convirtió en el procesador central de las computadoras de cuarta generación de la década de 1980 y décadas posteriores.
Los microprocesadores modernos aparecen en dispositivos electrónicos que van desde automóviles hasta teléfonos celulares, e incluso en juguetes.
Anteriormente, los procesadores de computadora utilizaban números como su identificación, ayudando así a identificar los procesadores más veloces. Por ejemplo, el procesador Intel 80386 (386) era más veloz que el procesador 80286 (286).
Luego que el procesador Intel Pentium entró al mercado, el cual debería haberse llamado por lógica 80586, los demás procesadores empezaron a llevar nombres como Celeron y Athlon.
Actualmente, aparte de los nombres variados de procesadores, existen distintas capacidades, velocidades y arquitecturas (32 bits y 64 bits).
A pesar de las crecientes limitaciones en el tamaño del chip, el deseo de producir más potencia de los nuevos procesadores sigue motivando a los fabricantes.
Una de esas innovaciones fue la introducción del procesador multinúcleo, un chip único de microprocesador capaz de tener un procesador de múltiples núcleos. En 2005, Intel y AMD lanzaron prototipos de chips con diseños de múltiples núcleos.
El Pentium D de Intel era un procesador de doble núcleo que se comparaba con el procesador dual Athlon X2 de AMD, un chip destinado a servidores de gama alta.
Sin embargo, este fue solo el comienzo de las tendencias revolucionarias en los chips de microprocesador. En los años siguientes, los procesadores multinúcleo evolucionaron de chips con doble núcleo, tal como el Intel Core 2 Duo, a chips con diez núcleos, tal como el Intel Xion E7-2850.
En general, los procesadores multinúcleo ofrecen más que lo básico de un procesador de un solo núcleo y son capaces de realizar tareas múltiples y multiprocesamiento, incluso dentro de aplicaciones individuales.
Mientras que los microprocesadores tradicionales tanto de las computadoras personales como de las supercomputadoras han experimentado una evolución monumental, el sector de la informática móvil se está expandiendo rápidamente y enfrenta sus propios desafíos.
Los fabricantes de microprocesadores están integrando todo tipo de características para mejorar la experiencia individual.
El equilibrio entre tener una velocidad más rápida y el control del calor sigue siendo un dolor de cabeza, sin olvidar el impacto en las baterías móviles de estos procesadores más rápidos.
El procesador de gráficos también produce cálculos matemáticos, solo que esta vez, con preferencia por imágenes, videos y otros tipos de gráficos.
Estas tareas eran manejadas previamente por el microprocesador, pero cuando las aplicaciones CAD intensas en gráficos se hicieron comunes, surgió la necesidad de un hardware de procesamiento dedicado, capaz de manejar tales tareas sin afectar el rendimiento general de la computadora.
La GPU típica viene en tres formas diferentes. Por lo general, está conectada por separado a la placa base. Está integrada con la CPU o viene como un chip adicional separado en la placa base. La GPU está disponible para computadoras de escritorio, portátiles y también móviles.
Intel y Nvidia son los conjuntos de chips de gráficos líderes en el mercado, siendo este último la opción preferida para el procesamiento principal de gráficos.
Dispositivo de procesamiento más importante del sistema informático. También se le denomina microprocesador.
Es un chip interno de la computadora que procesa todas las operaciones que recibe de los dispositivos y aplicaciones que se ejecutan en la computadora.
Intel 8080
Presentado en 1974, tenía una arquitectura de 8 bits, 6.000 transistores, velocidad de 2MHz, acceso a 64Kb de memoria y 10 veces el rendimiento del 8008.
Intel 8086
Introducido en 1978. Utilizaba una arquitectura de 16 bits. Tenía 29.000 transistores, funcionando a velocidades entre 5MHz a 10MHz. Podía tener acceso a 1 megabyte de memoria.
Intel 80286
Se lanzó en 1982. Tenía 134.000 transistores, funcionando a velocidades de reloj de 4MHz a 12MHz. Primer procesador compatible con los procesadores anteriores.
Pentium
Introducido por Intel en 1993. Se pueden utilizar con velocidades desde 60MHz hasta 300MHz. Cuando fue lanzado tenía casi dos millones de transistores más que el procesador 80486DX, con un bus de datos de 64 bits.
Core Duo
Primer procesador de doble núcleo de Intel desarrollado para computadoras móviles, introducido en 2006. También fue el primer procesador Intel utilizado en las computadoras Apple.
Intel core i7
Es una serie de CPU que abarca 8 generaciones de chips Intel. Cuenta con 4 o 6 núcleos, con velocidades entre 2,6 y 3,7 GHz. Fue introducido en 2008.
Designada también placa base. Es la placa más grande dentro de la computadora. Alberga la CPU, la memoria, los buses y todos los demás elementos.
Asigna energía y brinda una forma de comunicación para que todos los elementos de hardware se comuniquen entre sí.
Grupo de circuitos integrados que trabajan en conjunto, manteniendo y controlando todo el sistema informático. Maneja así el flujo de datos en todo el sistema.
Sirve para acompasar todos los cálculos de la computadora. Refuerza que todos los circuitos dentro de la computadora puedan trabajar en conjunto de forma simultánea.
Zócalo ubicado en la placa base. Sirve para conectar una tarjeta de expansión, brindando así funciones complementarias a una computadora, como video, audio, almacenamiento, etc.
Conjunto de cables que utiliza la CPU para transmitir información entre todos los elementos de un sistema informático.
– Bus de direcciones
Conjunto de cables conductores que solo llevan direcciones. La información fluye del microprocesador a la memoria o a los dispositivos de entrada/salida.
Transporta las señales que informan el estado de los diferentes dispositivos. Normalmente el bus de control tiene una sola dirección.
Tarjeta de expansión que se ingresa a la placa base de una computadora. Se ocupa del procesamiento de imágenes y video. Se utiliza para crear una imagen en una pantalla.
Circuito electrónico que está dedicado a manejar la memoria para acelerar la creación de imágenes destinadas a emitirse en un dispositivo de visualización.
La diferencia entre una GPU y una tarjeta gráfica es similar a la diferencia entre una CPU y una tarjeta madre.
Tarjeta de expansión que sirve para conectarse a cualquier red, o incluso a Internet, mediante un cable con un conector RJ-45.
Estas tarjetas pueden comunicarse entre sí mediante un conmutador de red, o si están conectadas directamente.
Casi todas las computadoras modernas tienen una interfaz para conectarse a una red inalámbrica (wifi), que está integrada directamente en la placa base.
Tarjeta de expansión que sirve para reproducir cualquier tipo de audio en una computadora, el cual se puede percibir por medio de altoparlantes.
Incluida en la computadora, ya sea en una ranura de expansión o integrada en la placa base.
Maneja el almacenamiento y recuperación de los datos que se almacenan de forma permanente en un disco duro o dispositivo similar. Tiene su propia CPU especializada para realizar estas operaciones.
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